基于RFID的智能車輛管理系統(tǒng)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展,我國(guó)居民汽車保有量逐年增加，劇增的車輛給當(dāng)今的車輛管理帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：汽車擁堵、車輛盜竊、車輛身份識(shí)別難、由超速導(dǎo)致的交通事故頻發(fā)。如何能運(yùn)用科技手段有效地利用道路資源，保持道路暢通；明晰車輛身份，使單位可以有效管理車輛進(jìn)出入；遏制車輛超速超載，保障車輛行駛安全;提升車輛“自衛(wèi)”等級(jí),防范車輛盜竊；透明公務(wù)車身份信息，限制公務(wù)車私用？本文提出一種基于超高頻RFID、GSM、GIA的智能車輛管理系統(tǒng)對(duì)上述問(wèn)題的解決方案。本文的第2部分?jǐn)⑹隽酥悄苘囕v管理系統(tǒng)在封閉的大學(xué)校園內(nèi)識(shí)別進(jìn)出入車輛身份，以加強(qiáng)對(duì)進(jìn)出、停放校園車輛的管理。第3部分?jǐn)⑹隽酥悄苘囕v管理系統(tǒng)在開(kāi)放的道路網(wǎng)中對(duì)道路信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，以方便交通部門優(yōu)化交通流、合理配置道路資源；并對(duì)危特車輛進(jìn)行定位、測(cè)速、跟蹤、身份信息讀取。第4部分結(jié)合當(dāng)前全軍及武警部隊(duì)更換新軍牌的形勢(shì)，提出了全國(guó)更換新型RFID智能車牌及運(yùn)用本智能車輛管理系統(tǒng)的設(shè)想，并闡述了本系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前車輛管理難題的解決方案。

1應(yīng)用于封閉區(qū)域的車輛身份識(shí)別及管理子系統(tǒng)

大學(xué)是個(gè)相對(duì)開(kāi)放的環(huán)境，大學(xué)區(qū)域內(nèi)車輛的復(fù)雜性和車輛管理的分散性給大學(xué)師生的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了隱患,尤其是2010年河北大學(xué)發(fā)生了震驚國(guó)人的“我爸是李剛事件”,使得整治校園秩序，加強(qiáng)對(duì)進(jìn)出、停放校園車輛的管理，保障師生的生命和財(cái)產(chǎn)安全變得尤為重要。

1.1車輛身份識(shí)別系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，一部分大學(xué)的車輛管理采用人工判別：即校方給本單位的車輛發(fā)放紙質(zhì)標(biāo)識(shí)牌，由門衛(wèi)鑒別出入車輛是否屬于本單位，外來(lái)車輛到指定地點(diǎn)辦理臨時(shí)訪問(wèn)手續(xù)。此方式不僅效率低，檢查延誤時(shí)間長(zhǎng)，更因其沒(méi)有采用技術(shù)手段防偽,為偽造標(biāo)識(shí)牌埋下了隱患。

另一部分大學(xué)采用一種感應(yīng)式IC卡出入管理系統(tǒng)。這種卡雖具有安全保密、不易被仿造、攜帶方便、經(jīng)久耐用等特點(diǎn)，但這種傳統(tǒng)的IC卡本身是一種近距離感應(yīng)卡，識(shí)讀距離只有幾厘米。在實(shí)際使用中，車主需要將車輛停下來(lái)，搖下車窗,手持IC卡伸出車窗外，進(jìn)行刷卡，再繼續(xù)進(jìn)出。這種車輛出入管理系統(tǒng)與上一種管理系統(tǒng)相比，在檢查期間耗費(fèi)的時(shí)間更長(zhǎng)，且并未給車主帶來(lái)方便，尤其在雨雪天氣、酷熱天氣等氣候下使得車主更為不便；IC卡車輛出入管理系統(tǒng)本質(zhì)上是需要停車的，不能實(shí)現(xiàn)更為先進(jìn)和人性化的無(wú)障礙自動(dòng)出入。

1.2系統(tǒng)組成

車輛管理系統(tǒng)主要由RFID硬件部分(有源RFID智能牌照、遠(yuǎn)距離閱讀器、通道控制器、道閘)、圖像抓拍模塊、計(jì)算機(jī)及軟件管理系統(tǒng)構(gòu)成。

1.3工作原理

本系統(tǒng)采用UHF遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別技術(shù)，每部車輛上均安裝有預(yù)先在車輛進(jìn)出入系統(tǒng)注冊(cè)的有源RFID智能牌照。RFID車牌儲(chǔ)存的信息包括車輛部門、車牌號(hào)、司機(jī)姓名以及身份證號(hào)。有源RFID牌照會(huì)不斷地發(fā)射超高頻信號(hào)，當(dāng)安裝在出入口附近的遠(yuǎn)距離閱讀器接收到信號(hào)后，遠(yuǎn)距離讀卡器通過(guò)485(或者韋根)接口將卡信號(hào)發(fā)給通道控制器。通道控制器判斷牌照的合法性，如果合法，則控制器上的繼電器驅(qū)動(dòng)道閘開(kāi)啟，允許車輛出入，否則不予放行。外來(lái)車輛由于沒(méi)有專屬本單位的牌照，車輛進(jìn)入有源識(shí)別區(qū)后智能道閘控制器沒(méi)有接收信息，產(chǎn)生中斷信號(hào)，此時(shí)智能道閘控制器發(fā)出警示命令，語(yǔ)音設(shè)備提示駕駛員停車,并到門衛(wèi)處登記，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)攝像機(jī)抓拍車輛有效信息(車牌號(hào)碼)此時(shí)，駕駛員需要配合門衛(wèi)到門衛(wèi)室登記，之后由門衛(wèi)通過(guò)無(wú)線遙控裝置操作智能道閘控制器開(kāi)啟道閘。校園的每個(gè)大門的門衛(wèi)室作為系統(tǒng)分控點(diǎn)，由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)記錄車輛出入記錄，包括出入時(shí)間、車輛部門、車主信息。

1.4系統(tǒng)特點(diǎn)

本車輛管理系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：

遠(yuǎn)距離：閱讀距離10m以內(nèi)可輕松實(shí)現(xiàn)。由于車輛門禁的實(shí)際要求，讀卡距離不宜過(guò)長(zhǎng)。本方案無(wú)須人工靠近刷卡或要在指定區(qū)域內(nèi)通過(guò)才能識(shí)別，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)識(shí)別，可以避免在惡劣天氣下司機(jī)必須搖窗靠近閱讀器才能刷卡等問(wèn)題，因而在高峰時(shí)間可有效緩解出入庫(kù)車輛過(guò)多、排隊(duì)刷卡帶來(lái)的堵塞問(wèn)題。

運(yùn)行穩(wěn)定：遠(yuǎn)距離閱讀器閱讀距離穩(wěn)定，不易受周邊環(huán)境影響。有源RFID可以有效突破汽車防爆金屬網(wǎng)的屏蔽作用，順利與閱讀器交換數(shù)據(jù)。

⑶可靠性高：環(huán)境溫度-40?85。。內(nèi)能完全正常運(yùn)行,尤其是在北方低溫和南方高溫狀態(tài)下更顯優(yōu)勢(shì)，可以有效抵抗空氣中的灰塵和污染物。

高抗干擾：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種干擾源無(wú)特殊要求，安裝方便簡(jiǎn)單。

超低功耗:使用壽命長(zhǎng)，平均成本低，并且對(duì)人體安全、更健康，無(wú)輻射損害。

防沖突性：先進(jìn)的防碰撞技術(shù)，可每秒同時(shí)識(shí)別上百個(gè)標(biāo)簽。

2應(yīng)用于開(kāi)放道路網(wǎng)的車輛定位及測(cè)速子系統(tǒng)

2.1需求分析

隨著經(jīng)濟(jì)和汽車技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在擁有汽車的居民越來(lái)越多,堵車現(xiàn)象也越來(lái)越嚴(yán)重，堵車不僅浪費(fèi)了大家寶貴的時(shí)間，也使交通事故頻發(fā)。如何充分利用路網(wǎng)、縮短車輛運(yùn)行時(shí)間、降低行車延誤、保障行車安全、提高道路通行能力等道路資源優(yōu)化問(wèn)題成為當(dāng)前每個(gè)城市需要解決的重要課題。另外，隨著企業(yè)規(guī)模及業(yè)績(jī)的不斷擴(kuò)大，配送及運(yùn)營(yíng)所需的車輛逐漸增多，跑私活、干私事、外出車輛的風(fēng)險(xiǎn)管控、超速控制、區(qū)域報(bào)警等相關(guān)功能越來(lái)越受到企業(yè)管理者的關(guān)注。在此基礎(chǔ)上，智能車輛管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)一車輛定位及測(cè)速系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

2.2車輛定位現(xiàn)狀及對(duì)比

在目前的車輛定位系統(tǒng)中，典型的車輛位置信息獲取方法主要是基于GPS全球定位系統(tǒng)與加速度傳感器的車輛定位。這是一種基于移動(dòng)站的定位方法，即車載定位設(shè)備向車輛提供位置信息，然后車輛通過(guò)無(wú)線通信將得到的位置信息上報(bào)給車輛管理系統(tǒng)。這種由被定位物體主動(dòng)發(fā)送位置信息的方法具有占用通信資源多、系統(tǒng)運(yùn)行成本高的缺點(diǎn)，并且在城市高樓區(qū)、高架橋下、林蔭道及隧道內(nèi)，可能會(huì)出現(xiàn)暫時(shí)的定位盲點(diǎn)。

2.3系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)主要由裝有RFID智能車牌的車輛、數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)(RFID遠(yuǎn)距離閱讀器)、CDMA模塊、GIA系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)處理及控制中心組成。圖1所示是一種車輛定位及測(cè)速系統(tǒng)的示意圖。

2.4系統(tǒng)運(yùn)行原理

該系統(tǒng)基于讀取RFID電子標(biāo)簽的方法獲取車輛的身份信息，采用基于TODA的多基站無(wú)線定位方法獲取車輛的位置信息，通過(guò)對(duì)車輛移動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻移進(jìn)行處理的方法，獲取車輛的速度信息。每一個(gè)RFID車牌都存儲(chǔ)了該車輛的車牌號(hào)、車輛用途、最大載貨量、最大載客量、車主姓名及身份證號(hào)等信息。根據(jù)不同地區(qū)的建筑特點(diǎn)和交通流量裝有一定數(shù)量的數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)，以期獲得資源的最大利用，減少節(jié)點(diǎn)布置的浪費(fèi)。每個(gè)數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)按一定頻率定向發(fā)送已經(jīng)編碼和調(diào)制的命令信號(hào)，處于節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的RFID智能車牌收到此命令，經(jīng)過(guò)認(rèn)證，如果正確的話，將按命令的要求把自己的UID發(fā)送過(guò)去，數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)接到此信息,對(duì)其進(jìn)行解調(diào)和解碼得出該車輛身份信息，通過(guò)CDMA模塊將其發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元，再由數(shù)據(jù)處理單元發(fā)送至城市數(shù)據(jù)處理及控制中心?；诙嗷緹o(wú)線定位的方法是由無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)節(jié)點(diǎn)主動(dòng)獲取車輛位置信息，利用接受信號(hào)強(qiáng)凰RSSI）、到達(dá)時(shí)間（TOA）、到達(dá)時(shí)間差（TDOA）定位。第一步估計(jì)過(guò)程中，采用魯棒性估計(jì)方法，可以減小其對(duì)估計(jì)值的影響。在第一步估計(jì)的基礎(chǔ)上，找到與RFID智能車牌距離最近的3個(gè)數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用這3個(gè)節(jié)點(diǎn)的TDOA值進(jìn)行第二次定位，從而得出車輛的位置信息，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理及控制中心，數(shù)據(jù)處理及控制中心根據(jù)得到的信息便可大致描繪出該車輛的運(yùn)行軌跡地通過(guò)對(duì)由車輛移動(dòng)所產(chǎn)生的多普勒頻移進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，數(shù)據(jù)處理可以對(duì)該車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)速。

3應(yīng)用展望

日前，全軍和武警部隊(duì)從2013年5月1日起統(tǒng)一使用新式軍車號(hào)牌。這次更換新式軍車號(hào)牌，重點(diǎn)落實(shí)“防造假、防濫發(fā)、防亂掛、防丟失、防盜用”充分運(yùn)用信息技術(shù)，嚴(yán)格牌證審批、核發(fā)、使用的全過(guò)程、全方位管控，健全完善了軍地聯(lián)合工作和協(xié)助機(jī)制，加大了對(duì)制造、販賣、使用假冒軍車號(hào)牌的打擊力度，從源頭上根治軍車管理中存在的突出問(wèn)題。假如順應(yīng)當(dāng)前軍牌更換的潮流，交通部門把全國(guó)的車牌都升級(jí)換代，改換成基于RFID的智能車牌，就可以有效遏制和解決車輛超速、盜車犯罪和公務(wù)車管理等問(wèn)題的發(fā)生。

3.1超速

目前，交警部門治理超速主要通過(guò)在一些不確定地點(diǎn)安放測(cè)速儀，對(duì)超速車輛抓拍并進(jìn)行相應(yīng)處罰來(lái)約束司機(jī)們的超速行為，但這為數(shù)不多的測(cè)速儀監(jiān)控力度小、范圍小，無(wú)法從根兒上觸動(dòng)司機(jī)們的僥幸心理。如果全國(guó)車牌都換成基于RFID的智能車牌，并在各個(gè)路段裝有數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)節(jié)點(diǎn)，那么任何車輛將處于全天候、全地域的無(wú)所不在的測(cè)速網(wǎng)絡(luò)中，先進(jìn)的技術(shù)及無(wú)死角、無(wú)盲區(qū)的測(cè)速網(wǎng)從根本上規(guī)范和剔除了駕駛員的僥幸心理，從而引導(dǎo)駕駛員遵守交通規(guī)則。

3.2盜車犯罪

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車的保有量也迅速增加，由此汽車引起犯罪分子的“重視”，且盜車犯罪日益猖獗,其犯罪手段也日益高明。盜車犯罪損害國(guó)家和人民的財(cái)產(chǎn)利益,如何改進(jìn)技術(shù)，不給小偷可乘之機(jī)呢？針對(duì)此類犯罪事件，除了裝配智能車牌外，還需要在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部貼附電子標(biāo)簽,作為車輛識(shí)別輔助工具。如果小偷盜竊汽車后沒(méi)有損毀智能車牌，那么該車輛將處于實(shí)時(shí)監(jiān)控中，公安部門采用車輛精準(zhǔn)定位，即可將其抓獲。假如小偷比較“高明”些，在偷竊車輛后，損毀了智能車牌，以為就此可以逃脫法網(wǎng)。這時(shí)貼附在發(fā)動(dòng)機(jī)上的電子標(biāo)簽作為車輛識(shí)別輔助工具將發(fā)揮作用，其功能和智能車牌上的電子標(biāo)簽相同，被盜車輛仍然處于實(shí)時(shí)監(jiān)控中，并且由于輔助電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)及貼附位置的特殊，當(dāng)其被損毀時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將無(wú)法正常工作。此項(xiàng)技術(shù)采用后，小偷無(wú)論將車運(yùn)到哪里，都無(wú)法逃脫公安部門的監(jiān)控，無(wú)法逃脫法網(wǎng)。

3.3公務(wù)用車

當(dāng)前的公車問(wèn)題主要是公車私用現(xiàn)象嚴(yán)重回。長(zhǎng)期以來(lái),公車旅游、公車接送子女上下學(xué)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，不僅敗壞社會(huì)風(fēng)氣，損害黨政機(jī)關(guān)和干部的自身形象，還給國(guó)家造成了損失，在群眾中造成了不良影響。更換新車牌可以為紀(jì)檢監(jiān)察人員查處公車提供方便。RFID新車牌的信息存儲(chǔ)區(qū)一部分用來(lái)存儲(chǔ)全球唯一標(biāo)識(shí)符（UID）,其余部分可存儲(chǔ)512B?4MB的信息。當(dāng)為公務(wù)車更換新車牌時(shí)，車牌上除記錄基本身份信息外，還可記錄車輛類別（公務(wù)用車）、工作單位等信息。紀(jì)檢部門可以在旅游區(qū)、酒店等娛樂(lè)場(chǎng)所周圍安置RFID閱讀器，其閱讀距離可調(diào)至3km?當(dāng)一些違紀(jì)公務(wù)人員駕公車來(lái)此消費(fèi)時(shí)，其公車信息將會(huì)被記錄，并通過(guò)CDMA無(wú)線傳輸至紀(jì)檢部門的數(shù)據(jù)處理中心，為紀(jì)檢部門執(zhí)法提供證據(jù)。此方法可以有力地約束公車私用。

4結(jié)語(yǔ)

本文提出了基于RFID的智能車輛管理系統(tǒng)，并根據(jù)不同環(huán)境的需求分別闡述了應(yīng)用于大學(xué)等封閉區(qū)域的身份識(shí)別及管理子系統(tǒng)和應(yīng)用于開(kāi)放道路網(wǎng)中的定位及測(cè)速子系統(tǒng)的構(gòu)成、運(yùn)行原理及方案效果。本系統(tǒng)成本低、高效、安全，在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)日益進(jìn)步、車輛劇增，且車輛管理問(wèn)題日益突出的今天，其應(yīng)用前景十分廣泛。本文僅提出和闡述了方案的應(yīng)用，由于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件不足，文中所提的一些方案缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，所以結(jié)合實(shí)際情況，將這些方案應(yīng)用于實(shí)際環(huán)境，并由獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)理論和方案進(jìn)行完善是下一步研究的重點(diǎn)。

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